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内高压成形用管材的适用材料、要求及种类规格
2019-08-26
摘要:适用于内高压成形的材料有低碳钢、低合金高强钢、不锈钢、铝合金、铜合金、钛合金和镍基合金等。目前能够用于内高压成形的钢管主要有无缝管、电阻焊管(ERW)、拉拔管 (DOM)和激光焊管材。本文兴迪源机械带来内高压成形用管材的适用材料、要求及种类规格。

  适用于内高压成形的材料有低碳钢、低合金高强钢、不锈钢、铝合金、铜合金、钛合金和镍基合金等。目前能够用于内高压成形的钢管主要有无缝管、电阻焊管(ERW)、拉拔管 (DOM)和激光焊管材。本文兴迪源机械带来内高压成形用管材的适用材料、要求及种类规格。

  一、适用的材料:

  适用于内高压成形的材料有低碳钢、低合金高强钢、不锈钢、铝合金、铜合金、钛合金和镍基合金等。

  目前汽车工业常用的低碳钢和低合金高强钢的抗拉强度级别为300—450MPa。随着汽车对减重的进一步需求,内高压成形件的抗拉强度级别将达到500~600MPa,甚至达到1000MPa 。

  不锈钢主要有奥氏体304不锈钢和1Cr18Ni9Ti等。制造发动机歧管需要 使用耐热抗氧化的铁素体不锈钢,如429、309等。

  铝合金主要有5000系、6000系和7000系。飞机和火箭管件多使用5000 系铝合金管材,汽车和自行车多使用6000系铝合金管材,7000系铝合金管材内高压成形件应用刚刚开始。

  钛合金主要有纯钛和TC4。由于钛合金常温下变形抗力高、塑性低和回弹大 ,目前应用内高压成形只能制造形状简单的零件。

  二、内高压成形对管材的要求:

  内高压成形使用的管材不仅要满足结构的力学性能,而且还要满足成形性能及直径和壁厚精度。

  成形性能方面要求具有较高的塑性及较大的n值和r值。管材的加工方法对其力学性能和成形性能影响较大。用于内高压成形的管材要求在制管过程中尽量减小加工硬化,尽量保留材料的塑性和提高r值,用于后续的内高压成形。

  内高压成形管材的外径和壁厚精度要求,往往比普通结构用钢管的尺寸精度要求更高,根据成形中所采用的密封方法和零件壁厚精度要求具体制定。一般来说,精密热轧和冷轧钢管的外径和厚度公差均能满足内高压成形的要求电阻焊管的公差也易满足要求。如果管材各批次公差有差别,也可以通过调整 模具的尺寸来解决。

  管端必须垂直于管材中心线进行切割,端面与中心线的垂直度误差应该在1.5°以内。

  对内高压成形管材还有清洁度要求,管材的内壁外壁均应有很好的清洁度。钢管表面应经过酸洗,保证无锈迹。在内高压成形中,管材表面的氧化皮和锈迹会引起模具的磨损,并污染加压介质。管材内外表面带来的各种碎屑都可能掉在模腔中被压入成形件表面,影响零件的质量。

  三、管材种类和规格:

  目前能够用于内高压成形的钢管主要有无缝管、电阻焊管(ERW)、拉拔管 (DOM)和激光焊管材。对于钢材来说,EBW管材比无缝管和拉拔管成本低,且成形性能好,因此通常优先选择ERW管材。激光焊管成形性能最好,但成本 高,主要用于变形量大的复杂零件。

  无缝管的制造过程一般能够保证细化的晶粒和均匀的流线,并且可以通过后续的退火、回火等热处理工艺和酸洗过程保证管材的力学性能和表面质量。因为没有焊缝,无缝管的力学性能一致性较好,适合于一定成形压力范围的内高压成形件。但是,由于无缝管加工中难免发生一定的偏心,导致管材周向壁 厚变化,容易造成成形过程开裂或壁厚分布不均匀,影响使用性能ERW管材是采用热轧或冷轧板卷制造的,为了满足内高压成形件表面质量要求,板卷表面应无氧化皮,并经酸洗和涂油处理。

  ERW管材的制造过程对其加工硬化有一定的影响,不同工艺参数会导致管材圆周上不同部位的屈服应力有所不同,因此需要通过严格控制生产工艺减小这种差别,以便满足内高压成形的要求。ERW管材在对焊后管材内壁外壁均会有一定的焊缝隆起,内高压成形管材一般是在焊后直接采用特制刀具将隆起部分刮除,有时候也可以保留内部的隆起,但要限制在一定的高度范围内。ERW管材用于内高压成形最大的问题是焊缝及热影响区的开裂,为此很多厂商开发了专门用于内高压成形的ERW管材,通过改变卷制、焊接和焊后热处理工艺可以大大提高管材的塑性。

  图2-25所示为采用一种称为CBR的卷焊工艺制成的ERW管材,比原工艺制造管材延伸率显著提高,不同规格的SUS409L不锈钢CBR卷焊管的延伸率基本在50%以上。通过把ERW管材在900℃左右高温下轧制,可将延伸率和r值提高30%-100%。例如,对于抗拉强度级别450MPa的钢管,r值由0.8-0.9提高到1.7-2.1,大大提高了管材的成形性能。

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  图2-25卷焊工艺对ERW管材延伸率的影响

  (a)不同卷焊工艺的中间形状;(b)延伸率(SUS409L)

  DOM管材是采用完全退火的厚壁ERW管材通过冷拔工艺生产的。采用有芯轴的模具进行管材拉拔生产,可以获得非常精确的尺寸和均匀的材料性能。冷拔后的管材再通过正火或退火获得内高压成形要求的机械性能。

  激光焊管用于复杂零件的内高压成形。一般来说,激光焊管塑性和焊接接头抗开裂能力优于ERW管材。这是因为激光焊管的热影响区远远小于ERW管材尤其在大膨胀率的内高压成形件上,激光焊管优势显著,其主要问题是成本高 。

  表2-5是常用于内高压成形的管材直径和壁厚通用系列规格。从设计角度,要尽量选用通用系列中的直径和壁厚规格,以降低成本和管材订货周期。

  对于大批量生产需要的特殊规格管材,向厂家特殊定制。

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  表2-5 常用管材尺寸规格和单位长度质量(—表示非标准系列)

  【兴迪源机械内高压成形设备优势】

  兴迪源机械是以内高压成形技术为核心,以内高压成形机、内高压水胀成形机、内高压板材充液成形机、内高压三通机等设备为主导产品的生产厂家。公司建立有液力内高压成形机械工程技术研究开发中心,并与中国科学院金属研究所、南京航空航天大学等院校开展长期的科研课题开发合作。

XD-THF系列内高压成形设备

  自2007年创立以来,兴迪源机械一直致力于内高压成形的技术创新和产品研发。主营产品范围从生产普通液压设备,现今发展至生产、研发国内顶尖流体压力成形技术的锻压设备。